DD240470A1

DD240470A1 - NOBLE SYNCHRONOUS GENERATOR

Info

Publication number: DD240470A1
Application number: DD27996185A
Authority: DD
Inventors: Albrecht Otto; Wolfgang Brehme; Joachim Kube
Original assignee: Finsterwalder Masch Aggregate
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1985-08-26
Publication date: 1986-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen buerstenlosen Synchrongenerator, bestehend aus Generatorstaender, Laeufer mit Polrad, Erregermaschinenanker und rotierendem Gleichrichter, aus Erregermaschinenstaender mit ausgepraegten Polen und aus einem Spannungsregler. Ziel der Erfindung ist es, den ueblicherweise getriebenen Aufwand an Erregerzubehoer unter Verzicht auf phasenwinkelabhaengige Kompoundierung bei geringerer Spannungskonstanz erheblich einzuschraenken. Die Grunderregungs-Komponente bilden Dauermagnete. Die stromabhaengige Zusatzerreger-Komponente wird durch den unmittelbar ohne Verwendung von Stromrichtern oder aehnlichen Einrichtungen den Feldspulen eines Polpaars oder einer Polpaargruppe des Erregermaschinenstaenders zugefuehrten Belastungsstrom verwirklicht. Auf die Feldspulen des restlichen Polpaars oder Polpaargruppe wirkt der Ausgangsstrom des Spannungsreglers. Derartige Generatoren kommen vorzugsweise in Stromerzeugungs-Aggregaten kleinster Leistung zum Einsatz. Figur 1 zeigt das fuer Drehstrom in Betracht kommende Schaltbild. Fig. 1The invention relates to a brushless synchronous generator consisting of Generatorstaender, Laeufer with flywheel, exciter machine anchor and rotating rectifier, exciter equipment with pronounced poles and a voltage regulator. The aim of the invention is to significantly limit the usually driven expenditure on excitation equipment waiving phase-angle dependent compounding at a lower voltage constancy. The basic excitation component is formed by permanent magnets. The current dependent supplemental excitation component is realized by the load current directly applied without the use of power converters or similar devices to the field coils of a pole pair or pole pair group of the exciter station. The output current of the voltage regulator acts on the field coils of the remaining pole pair or pole pair group. Such generators are preferably used in power generation units smallest performance. FIG. 1 shows the circuit diagram which is suitable for three-phase current. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der Erfindung -Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Synchrongenerator für Drehstrom oder für Einphasenwechselstrom, bestehend aus Generatorständer mit Ankerwicklung, aus Läufer mit Polrad, Erregermaschinenanker und rotierendem Gleichrichter, aus Erregermaschinen-Ständer mit ausgeprägten Polen und aus einem Spannungsregler. Zum Einsatz kommen derartige Generatoren vorzugsweise in Stromerzeugungs-Aggregaten kleiner Leistung.The invention relates to a brushless synchronous generator for three-phase or single-phase alternating current, consisting of generator stator with armature winding, rotor with flywheel, exciter machine anchor and rotating rectifier, exciter machine stator with pronounced poles and a voltage regulator. Such generators are preferably used in power generation units of low power.

Characteristic of the known technical solutions

Bürstenlose Systeme, bei denen die Erregerleistung in einer Erregermaschine erzeugt und über rotierende, aus Halbleiterdioden bestehende Gleichrichter dem Polrad zugeführt wird, sind sowohl in der Ausführung mit angekuppelter als auch in der mit in das Generatorgehäuse eingebauten Erregermaschine bekannt. Bevorzugt wird bei bürstenlosen Synchrongeneratoren die Spannungsregelung angewandt, auch kombiniert mit einer durch Stromwandler und Drossel oder Kondensatoren für die Leerlauferregung herbeigeführten Selbsterregung und Kompoudierung. Aber es sind auch ausschließlich kompoundierte Ausführungen als bürstenlose Generatoren, also ohne Regelung, bekannt. Bei der Regelung wird die Absetzregelung bevorzugt. Dabei stellt der Generator über die Erregungs- und Kompoudierungseinrichtungen mehr Erregerstrom für die Erregermaschine zur Verfügung, als zur Aufrechterhaltung der festgelegten Klemmenspannung des Generators bei allen betriebsmäßig auftretenden Belastungsverhältnissen benötigt wird. Der überschüssige Erregerstrom wird vom Spannungsregler je nach Abweichung der Klemmenspannung vom Sollwert über einen parallel zur Erregermaschinen-Feldwicklung geschalteten Absetzwiderstand geleitet.Brushless systems in which the exciter power is generated in an exciter machine and supplied to the flywheel via rotating, consisting of semiconductor diodes rectifier are known both in the version with coupled as well as in the built-in generator housing exciter. Voltage regulation is preferably used in brushless synchronous generators, also combined with self-excitation and compaction induced by current transformers and inductors or capacitors for open circuit excitation. But there are also exclusively compounded versions as brushless generators, ie without control known. In the scheme, the settling control is preferred. In this case, the generator via the excitation and Kompoudierungseinrichtungen provides more excitation current for the exciter machine available, as needed to maintain the fixed terminal voltage of the generator in all operationally occurring load conditions. Depending on the deviation of the terminal voltage from the nominal value, the excess excitation current is conducted by the voltage regulator via a set-down resistor connected in parallel with the exciter field winding.

Gebräuchlich sind aber auch Regelungen, bei denen der Erregerstrom der Erregermaschine vom RegleHn der erforderlichen Stärke bereitgestellt wirdHowever, regulations are also common in which the exciting current of the exciter is provided by the regulator of the required strength

Die zusätzlichen Kompoundierung bringt folgende Vorteile mit sich: The additional compounding brings with it the following advantages:

— Der Regler wird durch sie entlastet, braucht also einen kleineren Regelbereich.- The regulator is relieved by them, so it needs a smaller control range.

— Bei Reglerausfall ist ein behelfsmäßiger Betrieb, allerdings mit geringen Ansprüchen an die Spannungskonstanz, möglich. "— Die Betriebseigenschaften des Generators namentlich bei Schaltvorgängen, wie dem Zuschalten relativ großer Asynchronmotoren mit Kurzschlußläufern, werden verbessert.- In the event of a controller failure, a makeshift operation is possible, but with low demands on the voltage constancy. "- The operating characteristics of the generator, especially during switching operations, such as the connection of relatively large induction motors with squirrel-cage rotors are improved.

Im wesentlichen besteht die Anordnung zur Kompoundierung aus einem Stromwandler, in dem die beiden Erregerkomponenten, die spannungsabhängigen Leerlaufkomponente und die vom Belastungsstrom abhängige Zusatzkomponente unter Berücksichtigung der Phasenlage vereinigt wird.Essentially, the arrangement for compounding of a current transformer, in which the two excitation components, the voltage-dependent idle component and the load current dependent additional component is combined taking into account the phase position.

Über einen Gleichrichter wird dann der Sekundärstrom der Erregermaschine als Erregerstrom bzw. dem Spannungsregler zugeführt. Die spannungsabhängige Komponente erhält der Stromwandler von den Generatorklemmen über Drosseln oder Kondensatoren, die eine Phasendrehung um praktisch 90-elektrisch und die erforderliche Stromzwang-Eigenschaft bewirken. Für die stromabhängige Komponente besitzt der Stromwandler eine vom Belastungsstrom durchflossene Primärwicklung. Es sind auch Schaltungen bekannt, bei denen die beiden Komponenten unmittelbar am Gleichrichter vereinigt werden.The secondary current of the exciter is then supplied via a rectifier as excitation current or to the voltage regulator. The voltage-dependent component receives the current transformer from the generator terminals via chokes or capacitors, which cause a phase rotation by practically 90-electrical and the required current compulsion property. For the current-dependent component, the current transformer has a primary winding through which the load current flows. There are also known circuits in which the two components are combined directly on the rectifier.

Object of the invention

Unter Ausnutzung derTatsache, daß bei kleinen Generatoren schwächere Belastu'ngs- und Erregerströme fließen und zudem die Ansprüche an die Spannungsgenauigkeit geringer sind, werden durch die Erfindung Vereinfachungen bezweckt, die den Aufwand bei der Herstellung wesentlich herabsetzen.By taking advantage of the fact that with smaller generators weaker load and excitation currents flow and, in addition, the demands on the voltage accuracy are lower, the invention is intended to simplify matters which considerably reduce the expenditure in the production.

Darlegung des Wesens der Erfindung -Explanation of the essence of the invention

Die bekannten Ausführungen von bürstenlosen Synchrongeneratoren erfüllen die an sie überwiegend in Netzersatzanlagen gestellten Forderungen durch Einsatz von Bauelementen und durch Herstellungsaufwand, der bei Generatoren größerer Leistung, bezogen auf den Gesamtaufwand, weniger ins Gewicht fallen. Außerdem ist in größeren Maschinen mehr Platz für die Unterbringung der Erreger-Zubehörteile vorhanden. Im Gegensatz dazu ist der nicht wesentlich mit kleiner werdender Nennleistung der Maschinen zurückgehende Aufwand für Herstellung und Einbau der Erreger-Zubehörteile bei kleinen Maschinen relativ groß.The known designs of brushless synchronous generators meet the demands made on them mainly in emergency power systems requirements through the use of components and through manufacturing costs, which are less significant in generators larger power, based on the total cost. In addition, there is more room for housing the exciter accessories in larger machines. In contrast, the cost of producing and installing the excitation accessory parts, which does not significantly decrease with decreasing nominal output of the machines, is relatively high in the case of small machines.

Andererseits sind die Forderungen, die an die kleinen Generatoren gestellt werden, wie Spannungskonstanz, Spannungseinstellbarkeit, Behelfsbetrieb bei Reglerausfall u.a., nicht so hoch wie bei größeren Generatoren. Weiterhin sind die Ströme so schwach, daß sich Vereinfachungen ermöglichen lassen.On the other hand, the demands placed on the small generators, such as voltage constancy, voltage adjustability, auxiliary operation in case of controller failure, etc., are not as high as with larger generators. Furthermore, the currents are so weak that simplifications can be made possible.

Erfindungsgemäß besteht das im Ständer der Erregermaschine untergebrachte Polsystem aus drei verschiedenartigen Polpaaren oder Polpaargruppen, wobei die Ankerwicklung der Erregermaschine mit der gleichen Polzahl ausgelegt ist:According to the invention, the pole system accommodated in the stator of the exciter machine consists of three different pole pairs or pole pair groups, wherein the armature winding of the exciter machine is designed with the same number of poles:

— mindestens einem Polpaar mit Permanentmagneten,At least one pole pair with permanent magnets,

— mindestens einem von Belastungsstrom unmittelbar unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters erregten Polpaar und —: mindestens einem vom Ausgangsstrom des Spannungsreglers erregten Polpaar.- At least one of load current directly excited with the interposition of a rectifier pole pair and -: at least one of the output current of the voltage regulator excited pole pair.

Dabei können diezu einem Poirad gehörenden Pole diametral gegenüber oder nebeneinander im Erregermaschinen-Polsystem angeordnet sein. Im ersteren Fall werden magnetische Unsymmetrien vermieden, die sich über die Lager ausgleichen können. Nebeneinander angebrachte Pole ermöglichen kurze Jochlängen. Die vom Belastungsstrom unabhängige Erregerkomponente wird von den Permanentmagneten bereitgestellt. Sie ist deshalb nicht wie bei den bekannten Kompoundierungsschaltungen von der Klemmenspannung des Generators abhängig. Dadurch und weil die Mischung der Komponenten im Magnetsystem der Erregermaschine erfolgt, ist keine Abhängigkeit vom Phasenwinkel möglich. Die von der Belastung abhängige Komponente kommt dadurch zustande, daß.erfindungsgemäß der Belastungsstrom des Generators über einen Gleichrichter unmittelbar durch die vorgesehenen Erregerspulen der Erregermaschine ohne Verwendung von Stromwandlern oder ähnlichen Einrichtungen geleitet wird. Außerdem entfallen die für die Grunderregung üblicherweise benötigten Teile, wie Drosseln oder Kondensatoren. Dafür gewährleistet diese Schaltung keine exakte Kompoundierung, die die Klemmenspannung des Generators vom Belastungsstrom nach Größe und Phasenlage (Leistungsfaktor) unabhängig in bestimmten Toleranzbereichen konstant halten müßte. Deshalb wird die 3. Komponente eingeführt, die vom Spannungsregler gespeist wird, wodurch die wegen der Unvollkommenheit der Kompoundierüngsschaltung zu verzeichnende Ungenauigkeit ausgeglichen wird.In this case, the poles belonging to a Poirad can be arranged diametrically opposite or next to one another in the exciter machine pole system. In the former case, magnetic asymmetries are avoided, which can be compensated by the bearings. Side by side poles allow short yoke lengths. The exciter component independent of the load current is provided by the permanent magnets. It is therefore not dependent on the terminal voltage of the generator as in the known Kompoundierungsschaltungen. Because of this and because the mixture of the components takes place in the magnet system of the exciter machine, no dependence on the phase angle is possible. The load-dependent component is due to the fact that, according to the invention, the load current of the generator is passed through a rectifier directly through the intended excitation coils of the exciter machine without the use of current transformers or similar devices. In addition, the parts usually required for the basic excitation, such as chokes or capacitors, are eliminated. For this circuit ensures no exact compounding, which would have to keep the terminal voltage of the generator of the load current according to size and phase position (power factor) independently in certain tolerance ranges constant. Therefore, the third component is introduced, which is fed by the voltage regulator, which compensates for the inaccuracy due to the imperfection of the compounding circuit.

embodiments

Anhand der Figur 1 und 2 soll die Schaltung erläutert werden. Dabei "gilt Figur 1 für Drehstrom, Figur 2 für Einphasenwechselstrom. Figur 3 und Figur 4 zeigen die Anordnung der Pole im Magnetsystem der Erregermaschine.The circuit will be explained with reference to FIGS. 1 and 2. In this case, "1" applies to three-phase current, and "2" to "single-phase alternating current." Figure 3 and Figure 4 show the arrangement of the poles in the magnet system of the exciter machine.

Der Synchrongenerator besteht im wesentlichen aus Ständer mit Ankerwicklung 1 und Polrad, das in bekannter Weise zusammen mit dem Erregermaschinenanker und einem rotierendem Gleichrichter den Läufer 2 bildet.The synchronous generator essentially consists of stator with armature winding 1 and pole wheel, which forms the rotor 2 in a known manner together with the exciter machine anchor and a rotating rectifier.

Der Erregermaschinenständer 3 enthält erfindungsgemäß drei Polpaare bzw. Polpäar-Gruppen. Die Polzahl stimmt mit der überein, für die die Ankerwicklung des Erregermaschinenläufers ausgelegt ist.The exciter machine stand 3 according to the invention contains three pole pairs or polar groups. The number of poles coincides with that for which the armature winding of the exciter machine rotor is designed.

Mindestens ein Polpaar besteht aus Permanentmagneten 31. Mindestens ein weiteres Polpaar 32 enthält Spulen, die vom über den Kompoundierungsgleichrichter 6 geleiteten Belastungstrom unmittelbar erregt wird. Mindestens ein weiteres Polpaar 33 wird vom Ausgangsstrom des Spannungsreglers 4 erregt.At least one further pole pair 32 comprises coils which are directly excited by the load current conducted via the compounding rectifier 6. At least one further pole pair 33 is excited by the output current of the voltage regulator 4.

Dabei erfolgt beispielsweise die Speisung des Spannungsreglers 4 von der Ankerwicklung 1 des Generators, diezu diesem Zweck zur erforderlichen Spannungsanpassung angezapft ist. Zwischen Anzapfung und Regler ist ein Gleichrichter 5 geschaltet.In this case, for example, the power supply of the voltage regulator 4 from the armature winding 1 of the generator, which is tapped for this purpose for the required voltage adjustment. Between tap and regulator, a rectifier 5 is connected.

Die Ist-Wert-Erfassung erfolgt an den Generatorklemmen und wird vorzugsweise über Widerstände und Gleichrichter?, die allerdings auch in den Regler einbezogen sein können, an den Spannungsregler angeschlossen.The actual value detection takes place at the generator terminals and is preferably connected to the voltage regulator via resistors and rectifiers, which, however, may also be included in the regulator.

Die beiden Polgruppen 31 und 33 bilden die Grund- und Zusatzerregung einer einfachen Kompoundierüngsschaltung, die keinen Einfluß des Phasenwinkels zwischen Klemmenspannung und Belastungsstrom des Generators, also keinen Einfluß des Leistungsfaktors, einschließt. Die dadurch entstehende Ungenauigkeit wird durch den Spannungsregler 4 mittels Polgruppe 33 ausgeglichen.The two pole groups 31 and 33 form the basic and additional excitation of a simple compounding circuit which does not include the influence of the phase angle between the terminal voltage and the load current of the generator, that is, no influence of the power factor. The resulting inaccuracy is compensated by the voltage regulator 4 by means of pole group 33.

Die zu einem Polpaar gehörenden Pole können diametral gegenüber liegen, wie es Figur 3 zeigt. Sie können aber auch gemäß Figur 4 nebeneinander angeordnet sein. In den Figuren 3 und 4 ist die vorzugsweise angewandte 6polige Anordnung dargestellt.The poles belonging to a pair of poles may be diametrically opposite, as shown in FIG. However, they can also be arranged side by side according to FIG. In Figures 3 and 4, the preferably applied 6-pin arrangement is shown.

Der Erregermaschinenständer kann aber ebensogut mit mehr als 6 Polen ausgeführt sein, wobei eine oder mehrere der drei Komponenten beispielsweise zur Vergrößerung ihrer Wirksamkeit mit der doppelten oder mehrfachen Anzahl von PolenHowever, the exciter machine stand may as well be made with more than 6 poles, with one or more of the three components, for example, to increase their effectiveness with twice or more poles

ausgestattet ist. .Is provided. ,

Die Form der Pole braucht nicht mit der in Figur 3 oder 4 dargestellten übereinzustimmen. Es können beispielsweise die Polschuhe zum besseren Einbringen der Spulen in bekannter Art einseitig angesetzt sein.The shape of the poles need not coincide with that shown in FIG. 3 or 4. It may, for example, the pole pieces for better insertion of the coils in a known manner be recognized on one side.

Claims

Invention claims:

1. Brushless synchronous generator for three-phase or single-phase alternating current consisting of generator stator with armature winding (1), from rotor (2) with pole wheel, exciter machine anchor and rotating rectifier, exciter machine pole system (3) with the same Polzähl, for which the exciter machine rotor winding is executed , and of voltage regulator (4), characterized in that the pole system of the exciter machine comprises three differently magnetized ^ pole pairs or pole pairs, of which the one pole pair or the one group with permanent magnets (31), another pole pair or a further group (33) the voltage regulator (4) and the remaining pole pair or the rest of the group (32) is excited by the load current directly conducted via a rectifier (6), the voltage regulator (4) being driven by a tap of the armature winding (1) via a rectifier (5). is fed and the actual value detection (7) from the generator terminals, for example, interim old of resistors and rectifiers to the voltage regulator (4) is supplied.

2. Brushless synchronous generator according to point ^ characterized in that in the pole system of the exciter machine each two of the same exciter currents or excited by the permanent magnets poles (31,32 and 33 in Figure 3) are arranged diametrically opposite.

3. Brushless synchronous generator according to point ^ characterized in that in the pole system of the exciter machine each two of the same exciter currents or excited by the permanent magnets poles (31,32 and 33 in Figure 4) are arranged side by side.